新しい高感度光検出器

新しい高感度光検出器

最近、中国科学院 (CAS) の研究チームは、多結晶ガリウムリッチ酸化ガリウム材料 (PGR-GaOX) に基づいて、高感度と高応答速度を実現する新しい設計戦略を初めて提案しました。光検出器結合界面焦電効果と光導電効果による研究であり、関連する研究は Advanced Materials 誌に掲載されました。高エネルギー光電検出器(深紫外線 (DUV) から X 線帯域まで) は、国家安全保障、医学、産業科学などのさまざまな分野で重要です。

しかし、現状のSiやα-Seなどの半導体材料は、リーク電流が大きい、X線吸収係数が低いなどの問題があり、高性能検出のニーズに応えることが困難です。対照的に、ワイドバンドギャップ (WBG) 半導体ガリウム酸化物材料は、高エネルギー光電検出に大きな可能性を示します。しかし、材料側での避けられない深い準位トラップとデバイス構造の効果的な設計の欠如により、ワイドバンドギャップ半導体に基づく高感度および高応答速度の高エネルギー光子検出器を実現することは困難です。これらの課題に対処するために、中国の研究チームは初めて PGR-GaOX をベースにした焦電性光導電ダイオード (PPD) を設計しました。界面焦電効果と光伝導効果を組み合わせることで、検出性能が大幅に向上します。 PPD は、DUV と X 線の両方に対して高い感度を示し、それぞれ最大 104A/W および 105μC×Gyair-1/cm2 の応答速度を示し、同様の材料で作られた以前の検出器よりも 100 倍以上高かった。さらに、PGR-GaOX 空乏領域の極対称性によって生じる界面焦電効果により、検出器の応答速度が 105 倍の 0.1 ms に向上します。従来のフォトダイオードと比較して、セルフパワーモード PPDS は、光スイッチング中の焦電界により高い利得を生成します。

さらに、PPD は、ゲインがバイアス電圧に大きく依存するバイアス モードでも動作でき、バイアス電圧を高めることで超高ゲインを実現できます。 PPD は、低エネルギー消費および高感度の画像強化システムにおいて大きな応用可能性を持っています。この研究は、GaOX が有望であることを証明するだけではありません。高エネルギー光検出器これは、高性能高エネルギー光検出器を実現するための新しい戦略も提供します。